Kulde økte forbruket med 15 prosent

En kinesisk forskergruppe har undersøkt hvordan temperatur og batteriets ladenivå påvirker energiforbruket i en tung batterielektrisk trekkvogn.

Testen ble gjennomført med det samme kjøretøyet ved minus 10, pluss 25 og pluss 40 grader. Ved ti kuldegrader ble forbruket målt til 183,87 kWh per 100 kilometer. Ved 25 varmegrader var forbruket 160,13 kWh per 100 kilometer.

Forskjellen var 23,74 kWh per 100 kilometer, tilsvarende en økning på 14,8 prosent.

Testet i klimakammer

Forskerne brukte en elektrisk trekkvogn med et LFP-batteri på 420 kWh og en permanentmagnetmotor med en oppgitt maksimal effekt på 880 kW.

Lastebilen ble kjørt på et chassis­dynamometer i et klimakammer. Testene fulgte CHTC-TT, den offisielle kinesiske kjøresyklusen for trekkvogn og semitrailer.

Kjøresyklusen varer i 30 minutter, dekker rundt 23,3 kilometer og har hastigheter på opptil 88 km/t. Den inneholder både lav- og høyhastighetskjøring, akselerasjon, bremsing og perioder med jevn hastighet.

Forskerne målte energiflyten gjennom batteriet, motorstyringen, elektromotoren, girkassen og drivakselen ved forskjellige temperaturer og ladenivåer.

Studien er publisert i det fagfellevurderte tidsskriftet Journal of Energy Storage.

Høyere motstand i batteriet

Forskerne knytter det høyere vinterforbruket hovedsakelig til økt indre motstand i batteriet og lavere bevegelighet for litiumionene ved lave temperaturer. Det gir større energitap når strømmen går inn og ut av batteriet.

Testen viser også at temperatur og ladenivå påvirker hvor effektivt motoren arbeider. Ved lavt batterinivå og ekstreme temperaturer ble området der motoren arbeidet med høyest virkningsgrad, redusert.

Motorstyringen, elektromotoren og transmisjonen hadde likevel en virkningsgrad på over 90 prosent i kjøreretningen under alle testforholdene.

Mer enn 72 prosent av energien som ble brukt til fremdrift, nådde bakakselen. Mellom 33 og 35 prosent av energiforbruket oppsto ved hastigheter mellom 70 og 80 km/t.

Fullt batteri begrenset gjenvinningen

Et annet funn var at bilen gjenvant vesentlig mindre energi når batteriet var mer enn 90 prosent ladet.

Mengden energi som kunne føres tilbake til batteriet under bremsing, ble redusert med opptil 50 prosent. Forskerne forklarer dette med batteristyringens beskyttelse av et nesten fulladet batteri.

Resultatet betyr ikke nødvendigvis at selve bremseeffekten ble halvert. Når batteriet ikke kan ta imot tilstrekkelig effekt, må en større del av fartsreduksjonen håndteres uten at energien lagres i batteriet.

Dette er ikke et særtrekk ved den kinesiske testbilen. Flere lastebilprodusenter begrenser gjenvinningen når batteriet nærmer seg fullt. DAF reduserer eksempelvis regenereringen kraftig når energinivået i batteriet passerer 92 prosent.

På kuperte ruter kan det derfor være lite gunstig å starte på toppen av en lang nedoverbakke med helt fullt batteri. Da er det begrenset kapasitet til å lagre energien som ellers kunne vært gjenvunnet på vei ned.

Brukte mindre energi med lavere ladenivå

Ved minus 10 grader brukte lastebilen 5,9 prosent mindre energi under testen med lavere batterinivå enn da batteriet var nesten fullt.

Det kan virke overraskende, fordi forskerne samtidig registrerte at lavt ladenivå økte batteriets indre motstand og reduserte motorens mest effektive arbeidsområde. Forskjellen forklares blant annet med at bilen kunne gjenvinne mer energi under bremsing når batteriet hadde ledig kapasitet.

Ved 25 grader økte den målte indre motstanden i batteriet fra 0,043 til 0,054 ohm etter hvert som ladenivået sank. Resultatet viser dermed at et lavere ladenivå både kan gi større elektriske tap og bedre mulighet for å ta imot gjenvunnet energi.

Den samlede virkningen avhenger av kjøremønsteret.

Relevant for norske forhold

Forsøket setter konkrete tall på to forhold som er viktige ved planlegging av elektrisk tungtransport i Norge: vinterforbruk og muligheten til å gjenvinne energi i lange nedoverbakker.

Et forbruk på 183,87 kWh per 100 kilometer tilsvarer rundt 1,84 kWh per kilometer. Sammenlignet med testen ved 25 grader ville en kjørestrekning på 400 kilometer kreve omtrent 95 kWh mer energi ved ti kuldegrader, dersom forskjellen holder seg gjennom hele turen.

Den økte energibruken tilsvarer mer enn 22 prosent av den nominelle kapasiteten i testbilens batteri på 420 kWh.

Resultatet kan likevel ikke overføres direkte til alle elektriske lastebiler. Testen omfatter ett kjøretøy med én batteri- og varmestyringsløsning. Forskerne brukte dessuten en standardisert kinesisk kjøresyklus i et laboratorium, ikke ordinær transportdrift på vintervei.

Vind, snø, rullemotstand, topografi, nyttelast, kupevarme og hvordan batteriet forvarmes, kan påvirke resultatet betydelig. En norsk langtransportbil med større batteri og annen termisk styring kan derfor få både større og mindre vinterutslag.

Etablert forskningsmiljø

Studien er gjennomført av forskere fra Chongqing University of Technology og China Merchants Testing Vehicle Technology Research Institute.

Sistnevnte er et nasjonalt kjøretøyteknisk testinstitutt etablert gjennom samarbeid mellom det statseide China Merchants Group og myndighetene i Chongqing. Instituttet har over 1000 ansatte og laboratorier, prøvebaner og offentlige godkjenninger for testing og sertifisering av kjøretøy.

Forskergruppen ved Chongqing University of Technology har tidligere publisert flere studier av energiflyt og termisk styring i tunge batteri- og hydrogenelektriske kjøretøy.

Arbeidet er finansiert av kinesiske nasjonale og regionale offentlige forskningsfond. Forfatterne oppgir at de ikke har økonomiske eller personlige interessekonflikter.